KR102286836B1

KR102286836B1 - 차량용 제동 장치

Info

Publication number: KR102286836B1
Application number: KR1020170000491A
Authority: KR
Inventors: 이중희; 정종윤; 현동윤
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-01-03
Publication date: 2021-08-05
Also published as: DE102017215704A1; CN108263366A; US20180186353A1; KR20180079836A; CN108263366B; US10336304B2

Abstract

본 발명은 차량용 제동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 바퀴 중 일부의 제동력을 독립적으로 제어할 수 있는 차량용 브레이크-바이-와이어 제동 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명에서는 각 차륜의 제동력을 독립적으로 제어하기 위하여, 주제동력을 인가하기 위한 메인 펌핑 유닛과 상기 메인 펌핑 유닛에 의하여 인가된 제동력을 조정하기 위한 서브 제어 유닛으로 이루어진 제동 액츄에이터가 설치된 차량용 제동 장치를 제공한다.

Description

차량용 제동 장치 {Brake system for vehicle}

본 발명은 차량용 제동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 바퀴 중 일부의 제동력을 독립적으로 제어할 수 있는 차량용 브레이크-바이-와이어 제동 장치에 관한 것이다.

최근 차량의 브레이크 장치에 기존에 알려진 일반적인 유압 제어 시스템 대신에 전자 제어 시스템을 적용하여 제어하는 브레이크-바이-와이어(brake-by-wire) 기술이 적용되고 있다.

이러한 전자 제어식 브레이크 장치에서는 운전자 제동 의지에 따라 필요한 유압을 전동모터를 사용하여 발생시키며, 모터의 구동으로 발생한 유압을 각 차륜의 휠 브레이크(휠 실린더)로 전달하여 제동력을 생성하게 된다.

이와 같이 전자식 액츄에이터로 유압을 제어하는 전자 제어식 브레이크 장치를 보통 EHB(Electro-Hydraulic Brake System), 즉 전자식 유압 브레이크 장치라 하고 있다.

상기 전자식 유압 브레이크 장치는 각 휠에서 발생하는 제동력을 개별적으로 제어하기가 용이하며, 이에 따라 차량 자세 제어(ESC:Electronic Stability Control)나 브레이크 잠김 방지(ABS:Anti-lock Brake System)와 같은 기능을 용이하게 구현할 수 있다.

통상의 전자식 유압 브레이크 장치에서, 상기한 전자식 액츄에이터로는, 모터 구동 시 회전력을 직선력을 변환하여 피스톤을 전, 후진 동작시키고 이러한 피스톤이 실린더의 챔버 내 브레이크 오일을 가압하여 유압을 형성하는 펌프가 널리 사용되고 있다.

또한, 전자식 유압 브레이크 장치에서는 운전자 페달 조작에 따른 페달 스트로크를 센서를 통해 감지한 뒤 모터 구동을 통해 펌프가 생성한 유압으로 각 휠의 제동력을 조절하게 된다.

또한, 전자식 유압 브레이크 장치에는 운전자가 일반 유압식 브레이크 장치에서와 같은 페달 압력을 느낄 수 있도록 해주는 페달 시뮬레이터(pedal simulator)가 구비된다.

이에 따라 운전자가 백업 마스터 실린더(backup master cylinder)에 연결된 페달을 밟아 가압하면, 백업 마스터 실린더의 내측에 있는 브레이크 오일의 유압이 증가하고, 백업 마스터 실린더의 유압이 페달유압라인을 통해 페달 시뮬레이터로 전달되어 페달 필(pedal fee)을 생성하게 된다.

또한, 운전자가 브레이크 페달을 밟으면, 제어기가 브레이크 페달 센서(페달 스트로크 센서)를 통해 감지된 운전자 페달 입력값(제동 입력값), 즉 페달 스트로크값에 기초하여 운전자가 원하는 목표 유압을 계산하고, 이어 상기 계산된 목표 유압에 따라 모터의 구동을 제어하여 펌프에서 유압이 생성되도록 하는바, 펌프에서 생성된 유압을 각 휠 실린더로 전달하여 원하는 제동력을 얻게 된다.

미국공개특허 제2014-0224525호 (이하, 특허문헌 1)에서는 하나의 모터에 의하여 4륜 제어가 가능한 전동식 브레이크를 개시하고 있다.

특허문헌 1에서는 정상 작동 시 4륜을 제어하기 위한 메인 모터 및 각 차륜 측의 유압 라인 상에 설치되는 다수의 밸브를 포함하는 제동 시스템을 개시한다. 특히, 특허문헌 1에서는 메인 모터 고장 시, 고장 대응을 위한 보조 모터가 설치되어 있다. 메인 모터의 고장 대응을 위한 보조 모터는 고장 시에만 작동하므로, 차량 중량 및 제작 원가에 불리한 영향을 미치게 된다.

또한, 각 차륜의 제동압 제어 이외에 전동식 주차 브레이크 기능을 구현하기 위한 별도의 제동 시스템이 적용되어야 하는 문제점이 존재하였다.

미국공개특허 제2014-0224525호 (2014.8.14.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 다수의 밸브 요소를 포함하는 복잡한 제동 시스템 구조를 단순화하고, 각 차륜의 제동압을 효과적으로 제어할 수 있는 차량용 제동 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다. 또한, 본 발명에서는 제동 시스템 내 고장 발생에 대응하는 페일-세이프 모드를 제공하는 차량용 제동 장치를 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 운전자의 제동 입력을 인가하기 위한 제동 입력수단; 제동 유압을 발생시키는 제동 액츄에이터; 상기 제동 액츄에이터에서 발생한 제동유압에 의해, 각 차륜의 회전을 구속하기 위한 제동력을 발생시키는 휠 실린더; 상기 제동 액츄에이터와 상기 휠 실린더 사이를 연결하는 유압공급라인;을 포함하며, 상기 제동 액츄에이터는 제동력을 인가하기 위한 메인 펌핑 유닛과 상기 메인 펌핑 유닛에 의하여 인가된 제동력을 조정하기 위한 서브 제어 유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 메인 펌핑 유닛은, 소경부와 대경부를 갖는 2단 구조의 메인 피스톤과; 상기 메인 피스톤의 형상에 대응되는 2단 구조의 내부 공간이 형성된 제1하우징과; 상기 메인 피스톤을 전진 또는 후진시키기 위한 구동력을 제공하는 메인 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1하우징 내부에는 상기 소경부에 의하여 가압되는 제1챔버와 상기 대경부에 의하여 가압되는 제2챔버가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 메인 피스톤의 일측 단부에는 중공부가 형성되고, 상기 중공부에는 스프링 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 메인 펌핑 유닛은 상기 메인 피스톤과 상기 메인 모터 사이에 위치하는 제1전달부재를 더 포함하며, 상기 제1전달부재는 상기 메인 모터의 회전력을 직선 이송력으로 전환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1전달부재는 스크류와 너트의 조합체인 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 서브 제어 유닛은, 내부 공간을 갖는 제2하우징과; 상기 제2하우징 내에서 전후진 가능하도록 배치되는 서브 피스톤과; 상기 서브 피스톤을 전진 또는 후진시키기 위한 구동력을 제공하는 서브 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제2하우징의 내부에는 상기 서브 피스톤에 의하여 구획되는 제3챔버 및 제4챔버가 형성되며, 상기 제3챔버는 상기 제1챔버와 연결되고, 상기 제4챔버는 상기 제2챔버와 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1하우징과 상기 제2하우징은 일체로 형성되고, 내부에는 상기 제1챔버와 상기 제3챔버를 연결하기 위한 제1유로와 상기 제2챔버와 상기 제4챔버를 연결하기 위한 제2유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 서브 제어 유닛은 상기 서브 피스톤과 상기 서브 모터 사이에 위치하는 제2전달부재를 더 포함하며, 상기 제2전달부재는 상기 메인 모터의 회전력을 직선 이송력으로 전환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제2전달부재는 스크류와 너트의 조합체인 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 메인 피스톤에는 오일 리저버 측으로부터 연장되는 리저버 유압라인과 상기 제1챔버를 연결 또는 차단시키기 위한 적어도 하나의 관통홀이 상기 소경부 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 메인 피스톤과 상기 제1전달부재는 서로 분리가능하도록 구성되며, 상기 메인 모터 고장 시 운전자가 제공하는 페달 답입력에 의해 상기 메인 피스톤과 상기 제1전달부재가 분리되면서, 제동 유압을 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 메인 펌핑 유닛은 페달 유압라인에 의하여 마스터 실린더와 연결되고, 상기 페달 유압라인에는 노멀리 오픈 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제동 액츄에이터는 전륜 또는 후륜에 연결되고, 상기 제3챔버는 유압 공급 라인에 의하여 연결된 차륜의 좌우측 휠 실린더 중 어느 하나에 연결되고, 상기 제4챔버는 유압 공급라인에 의하여 다른 하나의 실린더에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제동 액츄에이터를 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제어기는 상기 서브 모터를 제어함에 따라 상기 서브 피스톤의 위치를 조정하여 상기 제3챔버 또는 상기 제4챔버 내 압력을 증가시키도록 제어함으로써, 좌우측 제동력 차이를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제어기는 상기 메인 펌핑 유닛의 고장 시, 상기 서브 모터를 제어함에 따라 상기 서브 피스톤의 위치를 조정하여 상기 제3챔버 또는 상기 제4챔버 내 압력을 증가시키도록 제어함으로써, 비상 제동력을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1챔버에서의 상기 소경부의 면적과, 상기 제2챔버에서의 상기 대경부의 면적은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

또한, 상기 제1챔버와 상기 제2챔버에는 각각 하우징 내부와 상기 메인 피스톤 사이에 실링 부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 두 개의 모터에 의하여 각 차륜의 제동압을 독립적으로 제어할 수 있으므로, ABS, ESC 제어 등의 경우, 차륜 별 독립 제어 성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 다수의 밸브를 설치하지 않고도 각 차륜 별 독립 제어가 가능하기 때문에, 제동 시스템의 구조를 단순화시킬 수 있으며, 밸브 작동 노이즈를 저감시킬 수 있어 제동 시 발생할 수 있는 소음을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 별도의 구성을 추가하지 않더라도, 제동 시스템 내부의 전기적 고장이나 모터 고장 등에 대비할 수 있어, 제동 시스템의 고장 강건성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량용 제동 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 제동 액츄에이터를 도시한 것이고,
도 3의 제동 액츄에이터의 메인 피스톤을 도시한 것이고,
도 4는 전륜 비제동 시 제동 시스템의 각 구성이 동작하는 것을 도시한 것이고,
도 5는 좌/우 제동력이 동일하게 제어되는 경우, 제동 시스템의 각 구성이 동작하는 것을 도시한 것이고,
도 6은 좌/우 제동력이 독립적으로 제어될 경우, 특히 우측 제동력이 더 큰 경우, 제동 시스템의 각 구성이 동작하는 것을 도시한 것이고,
도 7은 좌/우 제동력이 독립적으로 제어될 경우, 특히 좌측 제동력이 더 큰 경우, 제동 시스템의 각 구성이 동작하는 것을 도시한 것이고,
도 8은 전기적 계통에서의 고장 발생 시, 운전자의 제동 입력에 따라 제동 시스템의 각 구성이 동작하는 것을 도시한 것이고,
도 9는 자율 주행 중 메인 모터 고장 시, 제동 시스템의 각 구성이 동작하는 것을 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량용 제동 장치를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 차량용 제동 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 예에서, 제동 액츄에이터만을 추출한 것이다.

도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 차량용 제동 장치는 운전자가 차량 제동을 위해 조작하게 되는 제동 입력수단인 브레이크 페달(101), 상기 브레이크 페달(101)을 통한 제동 입력값을 검출하기 위한 제동 입력 검출 센서(102), 제동유압을 생성하기 위한 제동 액츄에이터(200), 상기 제동 액츄에이터(200)에서 발생한 제동유압이 전달되어 각 차륜의 회전을 구속하기 위한 제동력을 발생시키는 휠 실린더(111, 112), 상기 제동 액츄에이터(200)와 휠 실린더(111, 112) 사이를 연결하여 상기 제동 액츄에이터(200)에 의해 발생된 제동유압을 각 휠 실린더(111, 112)로 공급하는 유압공급라인(108, 109), 상기 제동 입력 검출 센서(102)의 신호에 기초하여 목표로 하는 제동압력을 발생시키기 위해 제동 액츄에이터(200) 구동을 제어하는 제어기(110)를 포함한다.

상기 제어기(110)는 전륜의 제동 액츄에이터(200) 내의 메인 모터(212)와 서브 모터(222)를 제어할 수 있도록 구성되며, 전륜 외에 후륜의 전동식 브레이크를 제어할 수도 있다.

상기 브레이크 페달(101)은 브레이크 오일이 저장된 오일 리저버(104)에 연결된 마스터 실린더(103)와 연결되며, 운전자가 브레이크 페달(101)을 가압하게 되면 마스터 실린더(103) 및 이에 연결된 페달 유압라인(106)을 통해 유압이 형성된다. 이 때, 운전자가 브레이크 페달(101)을 밟을 때 적절한 페달감을 제공하기 위한 페달 시뮬레이터가 마스터 실린더(103) 측에 내장되어 있을 수 있다.

또한, 상기 페달 유압라인(106)에는 컷 밸브(105)가 설치될 수 있으며, 바람직하게는 상기 컷 밸브(105)는 노멀리 오픈 밸브로 구성될 수 있다. 따라서, 제동이 이루어지지 않는 경우에는 컷 밸브(105)가 오픈 상태가 되며, 제동 시에는 컷 밸브(105)가 닫히고 유압이 제동 액츄에이터(200) 측으로 전달되지 않게 된다. 또한, 오일 리저버(104) 측과 제동 액츄에이터(200)를 연결하는 리저버 유압라인(107)이 구비될 수 있다.

한편, 본 구현예에 따른 차량용 제동 장치에서는 주 제동력을 공급하고, 좌우 제동력 차이를 제어하기 위한 제동 액츄에이터(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 구현예에 따른 제동 액츄에이터(200)는 모터를 구동시키는 전기적인 힘을 제어함으로써, 전륜 제동력을 제어하도록 구성된다. 특히, 상기 제동 액츄에이터(200)는 전륜의 제동력을 제어함에 있어서, 전측 좌륜과 우륜의 제동력을 상이하게 설정할 수 있도록 구성하는 것, 즉, 전륜 좌우륜의 제동력 차이를 조절할 수 있도록 구성하는 것에 특징이 있다. 이를 위해, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 메인 모터(212) 측과 연결된 메인 펌핑 유닛(210)과 상기 메인 펌핑 유닛(210)에 연결된 서브 제어 유닛(220)을 포함하도록 상기 제동 액츄에이터(200)를 구성하는 것에 특징이 있다.

보다 구체적으로, 상기 제동 액츄에이터(200)는 전륜의 주 제동력을 제어하기 위한 메인 펌핑 유닛(210)을 포함하고, 이러한 메인 펌핑 유닛(210)은 주 제동력을 발생시키기 위한 구동력을 제공하는 메인 모터(212)를 포함한다. 상기 메인 모터(212)는 메인 펌핑 유닛(210) 내의 하우징(211) 내부에서 이동하는 메인 피스톤(215)을 가압할 수 있도록 구성되며, 이를 위해 메인 피스톤(215)과의 사이에 전달부재가 제공된다. 상기 전달부재는 메인 모터(212)의 회전력을 메인 피스톤(215) 측으로 전달하여 메인 피스톤(215)이 하우징(211) 내의 유체를 가압할 수 있도록 구성된다.

예를 들어, 상기 전달부재는 메인 모터(212)의 회전력을 직선 이송력으로 변환하도록 구성되며, 바람직하게는 도 2에서와 같이, 메인 모터(212)의 회전축에 연결되는 스크류(213) 및 스크류(213)에 체결되는 너트(214)의 조합으로 구성된다. 이와 같은 구성을 통해, 메인 모터(212)의 회전력이 메인 피스톤(215) 측으로 전달되며, 바람직하게는 도 2에서와 같이 메인 모터(212)가 정회전 시 메인 피스톤(215)은 좌측으로 이동하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 메인 피스톤(215)은 상기 전달 부재와 분리되어 구성함이 바람직하다. 이와 같이 전달부재와 메인 피스톤(215)을 분리 구성하는 것은 비상 제동 기능을 구현하기 위함이다. 즉, 제동 장치에 전기적 고장이 발생한 경우, 운전자의 제동 입력을 이용하여 피스톤을 가압할 수 있도록 구성되어야 한다. 이를 위해, 본 구현예에서는, 비상 제동 시 운전자의 페달 입력에 의해 생성된 유압에 의해, 전달 부재와 메인 피스톤(215)이 분리되면서, 도 7에서와 같이 그 사이 공간에 오일이 채워지게 된다. 그러므로, 전달부재와 메인 피스톤(215) 사이에 생성된 유압에 의하여 메인 피스톤(215)이 가압되면서 제동압이 생성된다.

한편, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 메인 피스톤(215)은 단차를 가지는 2개 부분으로 구분되는 실린더 형상으로 이루어진다. 이러한 예는 도 3에 도시되어 있으며, 본 명세서에서는 이와 같이 단차를 형성하도록 소경부(215a)와 대경부(215b)를 가지는 구조를 2단 구조라 한다. 이러한 2단 구조는 실린더 형상의 예로 한정되는 것은 아니며, 각 모서리가 라운드 처리된 다각형 구조 등과 같이 변형되어 사용될 수도 있다. 또한, 소경부(215a)와 대경부(215b)의 경우 직경을 한정하는 의미는 아니며, 중심으로부터의 외표면의 평균 거리의 의미로 이해하는 것이 보다 바람직하다. 특히, 소경부(215a)는 2단 구조의 중심 영역을 의미하고, 대경부(215b)는 소경부(215a) 바깥으로 노출된 외측 영역을 의미한다. 즉, 도 3의 예에서는 중심으로부터 면적 A1에 해당되는 전체 면적이 소경부(215a)가 되고, 그 외측 둘레의 도넛 형상의 부분, 즉 A2 면적에 해당되는 부분이 대경부(215b)가 된다.

구체적으로, 상기 메인 피스톤(215)은 메인 펌핑 유닛(210)의 하우징(211) 내부에서 전후진할 수 있도록 구성되며, 이 때, 하우징(211) 내부는 메인 피스톤(215)에 의하여 2개의 챔버로 구분된다. 즉, 도 2와 같이 실린더 형상의 내부 공간을 가지는 예를 고려하면, 상기 하우징(211) 내부에는 제1직경(r1)을 가지는 실린더 형상의 제1공간과 제2직경(r2)을 가지는 실린더 형상의 제2공간이 형성된다.

한편, 상기 메인 피스톤(215)은 이러한 하우징(211) 내부에서 이동하면서 각각의 공간들 내 유체를 가압할 수 있도록 구성된다. 따라서, 본 구현예에서의 메인 피스톤(215)은 제1직경에 대응되는 소경부(215a)와 제2직경에 대응되는 대경부(215b)를 가지는 2단 실린더 형상을 가지는 것을 특징으로 한다. 또한, 하우징(211) 내부의 공간들 또한 제1공간과 제2공간에 의하여 2단 실린더 형상을 가진다.

도 2를 참조하면, 상기 메인 피스톤(215)의 소경부(215a)는 제1직경을 가지는 하우징(211) 내부 제1공간으로 연장되고, 대경부(215b)는 제2직경을 가지는 하우징(211) 내부 제2공간 내에서 이동한다. 메인 피스톤(215)과 하우징(211) 내부 사이에는 각 공간 별로 적어도 하나의 실링 부재(218)가 각각 설치된다. 따라서, 상기 메인 펌핑 유닛(210)은 상기 하우징(211)의 제1공간과 상기 메인 피스톤(215)의 소경부(215a)에 의하여 구획되는 제1챔버(C1)와, 하우징(211)의 제2공간과 상기 메인 피스톤(215)의 소경부(215a) 외주면 및 대경부(215b) 상면에 의하여 구획되는 제2챔버(C2)를 포함한다.

메인 피스톤(215)의 소경부(215a)와 대경부(215b)의 직경을 설정함에 있어서, 피스톤의 가압 면적이 고려될 수 있다. 도 3에서와 같이, 소경부(215a)가 제1챔버(C1) 측으로 노출된 부분의 면적을 A1이라 하고, 대경부(215b)의 상면에서 소경부(215a)를 제외하고 제2챔버(C2) 측으로 노출된 부분, 즉, 고리 형상의 면적을 A2라고 할 때, 두 면적은 동일(즉, A1=A2)하도록 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 소경부(215a)와 대경부(215b)의 노출 면적이 동일할 경우, 메인 피스톤(215)의 이동에 의하여 챔버 내 유체가 가압되는 액량이 동일해지고, 따라서 추가적인 제어를 하지 않더라도, 메인 피스톤의 이동에 따라 동일한 힘이 휠 실린더(111, 112) 측으로 전달된다.

상기 소경부(215a)는 중공의 실린더 구조를 가지도록 일측단에 중공부(215c)가 형성되도록 구성할 수 있으며, 중공부(215c) 내부에는 스프링 부재(217)가 장착된다. 상기 스프링 부재(217)는 메인 피스톤(215)이 전진한 다음, 메인 피스톤(215)을 복귀시키기 위한 복원력을 제공할 수 있다.

또한, 상기 소경부(215a)에는 외표면 상에 중심을 향하여 적어도 하나의 관통홀(216)이 형성되는데, 이러한 관통홀(216)은 리저버 유압라인(107)과 제1챔버(C1)를 연결시키거나 또는 차단시킬 수 있도록 기능한다. 즉, 도 1에서와 같이, 상기 소경부(215a)의 관통홀(216)이 리저버 유압라인(107) 및 이에 연결된 하우징 상 유로와 정합된 상태에서, 상기 메인 피스톤(215)이 전진할 경우 관통홀(216)이 리저버 유압라인(107)과 어긋나면서 도 5에서와 같이 메인 피스톤(215)의 소경부(215a) 외주면이 리저버 유압라인(107)을 차단하게 된다. 따라서, 상기 소경부(215a)의 관통홀(216)은 상기 메인 피스톤(215)의 전진 또는 후진에 따라 리저버 유압라인(107)과 제1챔버(C1)를 연결 또는 차단시키게 된다.

또한, 도시되지는 않았으나, 상기 메인 피스톤(215)과 상기 하우징(211) 내벽에는 가이드 돌기 및 이에 대응되는 가이드 홈이 형성될 수 있으며, 이러한 구성들에 의하여 메인 피스톤(215)이 회전하지 않고 전후진하도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 메인 펌핑 유닛(210)의 하부에는 서브 제어 유닛(220)이 제공된다. 상기 서브 제어 유닛(220) 또한 두 개의 챔버를 가지며, 각각의 챔버들이 상기 메인 펌핑 유닛(210)의 각 챔버에 연결되도록 구성된다.

구체적으로, 상기 서브 제어 유닛(220)은 서브 모터(222)와 상기 서브 모터(222)에 의하여 이동하는 서브 피스톤(225)을 가진다. 또한, 상기 서브 제어 유닛(220)은 내측에 실린더 형상의 내부 공간이 형성된 하우징(221)을 가지며, 바람직하게는 도 2에서와 같이 서브 제어 유닛(220)의 하우징(221)은 상기 메인 펌핑 유닛(210)의 하우징(211)과 일체로 형성될 수 있다.

상기 서브 피스톤(225)은 하우징(221) 내부에서 이동가능하도록 구성되며, 바람직하게는 도 2에서와 같이, 실링 부재(226)가 설치된다. 따라서, 하우징(221) 내부는 서브 피스톤(225)에 의하여, 제3챔버(C3)와 제4챔버(C4)로 구분되고, 서브 모터(222)가 회전함에 따라 피스톤이 전진 또는 후진하면서 제3챔버(C3) 또는 제4챔버(C4) 측 유체를 가압하게 된다.

이 때, 상기 제3챔버(C3)는 제1챔버(C1)와 유체 이동 가능하게 연결되고, 제4챔버(C4)는 제2챔버(C2)와 유체 이동 가능하게 연결되며, 이를 위해 도 2에서와 같은 챔버 간 유로(219a, 219b)가 하우징 내에 형성된다.

상기 제3챔버(C3)와 상기 제4챔버(C4)는 유압공급라인(108, 109)을 통해 각각 전측 좌륜과 전측 우륜의 휠 실린더(111, 112)로 유압을 공급하게 된다. 따라서, 서브 피스톤(225)의 이동 시 제3챔버(C3)와 제4챔버(C4) 간의 압력 차이가 발생하고, 이에 따라 좌우측 제동압이 달라지게 된다. 특히, 상기 서브 피스톤(225)은 비제동 시, 미리 설정된 정위치에 위치하여야 하며, 좌우측 제동력을 조정할 경우 전후진한다.

예를 들어, 도 1에서는 정위치된 상태의 서브 피스톤(225)을 도시하고 있는데, 메인 모터(212)에 의하여 주 제동력이 인가되면, 서브 피스톤(225)이 정위치된 상태에서는 좌우로 동일한 제동압이 형성된다.

반면, 전측 좌륜의 제동압을 상승시키고자 할 경우, 서브 피스톤(225)을 좌측으로 전진시켜 제3챔버(C3)의 압력을 상승시키도록 서브 모터(222)를 제어하게 된다. 또한, 전측 우륜의 제동압을 상승시키고자 할 경우, 서브 피스톤(225)을 우측으로 후진시켜 제4챔버(C4)의 압력을 상승시키도록 서브 모터(222)를 제어한다.

상기 서브 피스톤(225)은 서브 모터(222)의 회전에 따라 전후진 가능하도록 구성되어야 하며, 이를 위해 모터의 회전력을 직선 이송력으로 전환시켜 피스톤 측으로 전달하기 위한 전달부재를 포함하도록 구성할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 전달부재는 서브 모터(222)의 회전축에 설치되는 회전 너트부(223)와 상기 피스톤의 저면에 장착되는 이송 스크류(224)로 구성될 수 있다. 다만, 서브 제어 유닛(220)의 전달부재는 위와 같은 예에 한정되지 않으며, 모터의 회전에 따라 피스톤을 전후진 시킬 수 있는 구성이라면 제한 없이 적용할 수 있다. 예를 들어, 도 2와는 너트와 스크류의 위치가 반대인 스크류와 너트 조합으로 전달부재가 구성될 수도 있다.

도 1의 구현예에서는 전륜을 제어하기 위한 제동 액츄에이터(200)를 포함하도록 구성되며, 후륜 휠 실린더(113, 114)의 경우 좌우측 휠에 각각 전동식 브레이크가 설치된다. 따라서, 전륜에서는 제동 액츄에이터(200)에 의한 제동 제어가 실시되고, 후륜에서는 각 전동식 브레이크에 의하여 제동 제어가 이루어지며, 이와 같은 구성을 통해 각 휠에 대한 독립적인 제어가 이루어진다. 다만, 이러한 도 1과 같이 전륜에만 메인 펌핑 유닛(210)과 서브 제어 유닛(220)을 포함하는 제동 액츄에이터(200)가 설치되는 것은 하나의 예일 뿐이며, 도 1과 달리, 후륜 측에만 제동 액츄에이터(200)가 설치되거나, 전후륜 모두 제동 액츄에이터(200)가 설치될 수도 있다.

도 4 내지 도 7에서는 상황 별 제동 액츄에이터(200)가 동작하는 것을 도시하고 있다.

먼저, 도 4는 전륜 비제동 시 제동 시스템의 각 구성이 동작하는 것을 도시한 것이다. 비제동 시에는 노멀리 오픈 밸브인 컷 밸브(105)는 열려 있는 상태이며, 메인 피스톤(215)과 서브 피스톤(225)은 정위치 상태이다. 특히, 비제동 시에는 관통홀(216)이 리저버 유압라인(107) 측과 연결되면서, 제1챔버(C1)가 리저버와 연결된 상태를 유지하게 된다.

반면, 좌/우 제동력을 동일하게 제어하면서 제동하는 경우, 메인 펌핑 유닛(210)을 구동하여 주 제동력을 좌우측 바퀴로 전달하게 된다.

즉, 도 5에서와 같이, 메인 모터(212)가 구동함에 따라 스크류(213) 및 너트(214)에 의하여 메인 피스톤(215)이 전진하게 되고, 제1챔버(C1)와 제2챔버(C2) 내 유체를 가압하게 된다. 이 때, 서브 모터(222)는 동작하지 않는 상태이므로, 서브 피스톤(225)은 정위치한 상태가 되고, 제3챔버(C3)와 제4챔버(C4)는 동일하게 압력 변화하게 된다. 따라서, 좌우측 바퀴의 제동력을 동일하게 유지할 수 있다.

한편, 좌/우 제동력을 차등하여 독립적으로 제어하는 경우는 도 6 및 도 7에 각각 도시되어 있다. 도 6은 우측 제동력이 더 크게 요구되는 경우이고, 도 7은 좌측 제동력이 더 크게 요구되는 경우이다.

구체적으로, 우측 제동력이 더 크게 요구되는 경우, 도 6에서와 같이 우측 바퀴와 연결된 제4챔버(C4) 측을 가압하도록 서브 모터(222)를 제어한다. 즉, 제동 제어 시, 메인 모터(212)를 구동시켜 주 제동력을 형성하되, 서브 모터(222)에 의하여, 서브 피스톤(225)을 후진시켜 제4챔버(C4) 측을 가압하여 압력을 증가시킨다. 이 경우, 제3챔버(C3) 측은 압력이 감소되고, 이러한 압력의 증감에 따라 좌우측 바퀴의 제동압에 차이가 발생한다.

반면, 좌측 제동력이 더 크게 요구되는 경우, 도 7에서와 같이, 좌측 바퀴와 연결된 제3챔버(C3) 측을 가압하도록 서브 모터(222)를 제어한다. 이 경우, 서브 피스톤(225)이 전진하면서 제3챔버(C3) 측은 압력이 증가하고, 제4챔버(C4) 측은 압력이 감소한다. 따라서, 좌측 제동력이 상대적으로 크게 제동력이 조정된다.

한편, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상술한 제동 액츄에이터(200) 구성에 의하여 페일 세이프 동작이 가능하다.

이와 관련, 도 8은 전기적 계통에서의 고장 발생 시, 운전자의 제동 입력에 따라 제동이 이루어지는 것을 도시한 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 일반적인 제동 시에는 메인 모터(212)에 의하여 메인 피스톤(215)이 압축되면서 제1챔버(C1) 및 제2챔버(C2)를 가압하여 주 제동력을 형성하게 된다.

그러나, 제동 시스템에서 전기적인 고장이 발생한 경우, 예를 들어 전원을 공급할 수 없어 메인 모터(212)와 서브 모터(222)를 제어할 수 없는 경우라면, 운전자의 제동 입력에 의하여 제동이 실시될 수 있도록 한다. 즉, 도 8에 도시된 것처럼, 전기적인 고장 발생 시, 노멀리 오픈 밸브인 컷 밸브(105)는 개방된 상태이므로, 운전자의 페달 답입력을 제동 액츄에이터(200) 측으로 전달할 수 있게 된다. 따라서, 운전자 페달 답입력이 제동 액츄에이터(200) 측으로 전달됨에 따라 오일이 메인 피스톤(215)과 전달부재 사이, 즉, 도 8에서는 메인 피스톤(215)과 너트(214) 사이의 공간으로 유입된다. 따라서, 운전자가 페달을 밟아 생성되는 힘에 의해, 메인 피스톤(215)이 전달부재와 분리되고, 이 때 생성된 유압에 의하여 메인 피스톤(215)이 가압되고, 제동압이 생성된다.

한편, 본 발명에 따르면, 일부 모터의 고장 시에 자동으로 제동력을 제어하도록 동작할 수 있다. 이러한 자동 제어는 자율 주행과 같이 운전자가 제동할 수 없는 상태에서 유용하다.

구체적으로, 메인 모터(212)와 서브 모터(222) 중 어느 하나는 구동이 가능한 상태라면, 동작 가능한 모터가 어떤 것이냐에 따라 선택적 대응이 가능하다. 예를 들어, 서브 모터(222)가 고장난 상태라면, 제동압 차이를 설정하는 기능만이 적용될 수 없는 상태이다. 따라서, 좌우 제동력을 동일하게 유지하되, 메인 모터(212)를 구동시켜 제동력을 확보하게 된다. 이 경우 도 5의 좌우 제동력을 동일하게 제어하는 경우와 유사하게 메인 펌핑 유닛이 구동되며, 서브 제어 유닛이 동작하지 않는 관계로 ABS 제어는 불가능하게 된다.

반면, 메인 모터(212)가 고장난 상태라면, 메인 펌핑 유닛(210)의 동작이 불가능한 상태이다. 따라서, 제어기(110)는 서브 모터(222)를 동작시킴으로써 전륜 좌우측 바퀴 중 어느 하나만을 제동하고, 후륜 제동을 제어함으로써 토크 불균형을 해소한다.

예를 들어, 도 9의 예에서와 같이, 서브 모터(222)를 정회전시켜 서브 피스톤(225)을 전진시키는 경우, 좌측 전륜에만 제동력이 생성되는데, 이 경우 우측 후륜 제동을 실시함으로써 차량이 선회하지 않도록 보상 제어하게 된다. 반대로, 서브 모터(222)를 역회전시켜 서브 피스톤(225)을 후진시킬 수도 있으며, 이 경우 서브 모터(222)에 의하여 우측 전륜에만 제동력이 생성되게 된다.

본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.

101: 브레이크 페달 102: 제동 입력 검출 센서
103: 마스터 실린더 104: 오일 리저버
105: 컷 밸브 106: 페달 유압라인
107: 리저버 유압라인 108, 109: 유압공급라인
110: 제어기 111~114: 휠 실린더
200: 제동 액츄에이터
210: 메인 펌핑 유닛
211: 하우징(메인 펌핑 유닛) 212: 메인 모터
213: 스크류 214: 너트
215: 메인 피스톤 215a: 소경부
215b: 대경부 215c: 중공부
216: 관통홀 217: 스프링 부재
218: 실링 부재 219a, 219b: 유로
220: 서브 제어 유닛
221: 하우징(서브 제어 유닛) 222: 서브 모터
223: 회전 너트부 224: 이송 스크류
225: 서브 피스톤 226: 실링 부재
C1: 제1챔버 C2: 제2챔버
C3: 제3챔버 C4: 제4챔버

Claims

운전자의 제동 입력을 인가하기 위한 제동 입력수단;
제동 유압을 발생시키는 제동 액츄에이터;
상기 제동 액츄에이터에서 발생한 제동유압에 의해, 각 차륜의 회전을 구속하기 위한 제동력을 발생시키는 휠 실린더;
상기 제동 액츄에이터와 상기 휠 실린더 사이를 연결하는 유압공급라인;을 포함하며,
상기 제동 액츄에이터는 제동력을 인가하기 위한 메인 펌핑 유닛과 상기 메인 펌핑 유닛에 의하여 인가된 제동력을 조정하기 위한 서브 제어 유닛으로 이루어지되,
상기 서브 제어 유닛은,
서브 제어 유닛의 내부 공간에서 전후진 가능하도록 배치되는 서브 피스톤과; 상기 서브 피스톤을 전진 또는 후진시키기 위한 구동력을 제공하는 서브 모터;를 포함하고,
서브 제어 유닛의 내부 공간에는 상기 서브 피스톤에 의하여 구획되는 제3챔버 및 제4챔버가 형성되고, 상기 제3챔버 및 제4챔버는 상기 메인 펌핑 유닛의 내부 공간에서 메인 피스톤에 의하여 구분되는 제1챔버 및 제2챔버에 각각 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 메인 펌핑 유닛은,
소경부와 대경부를 갖는 2단 구조의 메인 피스톤과;
상기 메인 피스톤의 형상에 대응되는 2단 구조의 내부 공간이 형성된 제1하우징과;
상기 메인 피스톤을 전진 또는 후진시키기 위한 구동력을 제공하는 메인 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1하우징 내부에는 상기 소경부에 의하여 가압되는 제1챔버와 상기 대경부에 의하여 가압되는 제2챔버가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 메인 피스톤의 일측 단부에는 중공부가 형성되고, 상기 중공부에는 스프링 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 메인 펌핑 유닛은 상기 메인 피스톤과 상기 메인 모터 사이에 위치하는 제1전달부재를 더 포함하며, 상기 제1전달부재는 상기 메인 모터의 회전력을 직선 이송력으로 전환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제1전달부재는 스크류와 너트의 조합체인 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 서브 제어 유닛은 상기 제3챔버 및 제4챔버가 형성되는 제2하우징을 포함하고, 상기 메인 펌핑 유닛은 상기 제1챔버 및 제2챔버가 형성되는 제1하우징을 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제1하우징과 상기 제2하우징은 일체로 형성되고, 내부에는 상기 제1챔버와 상기 제3챔버를 연결하기 위한 제1유로와 상기 제2챔버와 상기 제4챔버를 연결하기 위한 제2유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 서브 제어 유닛은 상기 서브 피스톤과 상기 서브 모터 사이에 위치하는 제2전달부재를 더 포함하며, 상기 제2전달부재는 상기 메인 모터의 회전력을 직선 이송력으로 전환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제2전달부재는 스크류와 너트의 조합체인 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 메인 피스톤에는 오일 리저버 측으로부터 연장되는 리저버 유압라인과 상기 제1챔버를 연결 또는 차단시키기 위한 적어도 하나의 관통홀이 상기 소경부 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 메인 피스톤과 상기 제1전달부재는 서로 분리가능하도록 구성되며, 상기 메인 모터 고장 시 운전자가 제공하는 페달 답입력에 의해 상기 메인 피스톤과 상기 제1전달부재가 분리되면서, 제동 유압을 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 메인 펌핑 유닛은 페달 유압라인에 의하여 마스터 실린더와 연결되고, 상기 페달 유압라인에는 노멀리 오픈 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제동 액츄에이터는 전륜 또는 후륜에 연결되고,
상기 제3챔버는 유압 공급 라인에 의하여 연결된 차륜의 좌우측 휠 실린더 중 어느 하나에 연결되고, 상기 제4챔버는 유압 공급라인에 의하여 다른 하나의 실린더에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제동 액츄에이터를 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 제어기는 상기 서브 모터를 제어함에 따라 상기 서브 피스톤의 위치를 조정하여 상기 제3챔버 또는 상기 제4챔버 내 압력을 증가시키도록 제어함으로써, 좌우측 제동력 차이를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 제어기는 상기 메인 펌핑 유닛의 고장 시, 상기 서브 모터를 제어함에 따라 상기 서브 피스톤의 위치를 조정하여 상기 제3챔버 또는 상기 제4챔버 내 압력을 증가시키도록 제어함으로써, 비상 제동력을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제1챔버에서의 상기 소경부의 면적과, 상기 제2챔버에서의 상기 대경부의 면적은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 제1챔버와 상기 제2챔버에는 각각 하우징 내부와 상기 메인 피스톤 사이에 실링 부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량용 제동 장치.